Ο κινητήρας αποτελεί βασικό στοιχείο του συστήματος ενεργοποιητή ρομπότ και είναι υπεύθυνο για την κίνηση και τον έλεγχο του ρομπότ. Με βάση τις ηλεκτρομαγνητικές αρχές, οι κινητήρες μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια, η οποία με τη σειρά της τροφοδοτεί τη φυσική κίνηση του ρομπότ. Σήμερα, τα ρομπότ μπορούν να εκτελούν λειτουργίες που κυμαίνονται από απλές περιστρεφόμενες τροχούς έως πολύ περίπλοκες ιατρικές χειρουργικές επεμβάσεις, μια διαδικασία που ελέγχεται συνήθως από ελεγκτές ρομπότ, οι οποίοι στέλνουν σήματα ελέγχου στους κινητήρες με σκοπό την εκτέλεση αυτών των ενεργειών. Ως αποτέλεσμα, οι κινητήρες που επιλέχθηκαν σε ένα ρομπότ και τις λύσεις οδήγησης τους καθορίζουν σε μεγάλο βαθμό την ακρίβεια, την ταχύτητα, τη ροπή και άλλα σημαντικά χαρακτηριστικά απόδοσης του ρομπότ.
Τύποι κινητήρων που χρησιμοποιούνται σε ρομπότ
Υπάρχουν διάφοροι τύποι κινητήρων που χρησιμοποιούνται σε ρομπότ, συμπεριλαμβανομένων των κινητήρων DC, των σερβοκινητήρων και των βηματικών κινητήρων κλπ. Κάθε ένας από αυτούς τους κινητήρες έχει μοναδικά χαρακτηριστικά για διάφορες εφαρμογές.
1.
Οι κινητήρες άμεσης ρεύματος (DC) είναι πολύ ο τύπος των κινητήρων που χρησιμοποιούνται στη ρομποτική, είναι απλοί στη χρήση και τον έλεγχο και έχουν μια καλή σειρά ταχύτητων. Οι κινητήρες DC κατηγοριοποιούνται περαιτέρω σε τύπους βουρτσισμένου και χωρίς ψήκτρες.
Βουρτσισμένοι κινητήρες DC: Αυτοί οι κινητήρες αποτελούνται από περιστρεφόμενο οπλισμό, σταθερό στάτορα και μεταναστευτή. Οι βούρτσες βρίσκονται σε φυσική επαφή με τον μεταναστευτή και επομένως αυτός ο τύπος κινητήρα είναι σχετικά εύκολος στον έλεγχο. Ωστόσο, οι βούρτσες πρέπει να αντικατασταθούν από καιρό σε καιρό καθώς φθάνουν με την πάροδο του χρόνου, με αποτέλεσμα υψηλότερο κόστος συντήρησης.
Οι κινητήρες DC χωρίς ψήκτρες: Οι κινητήρες χωρίς ψήκτρες DC (BLDC) είναι ένα παράδειγμα ενός τύπου κινητήρα που χρησιμοποιεί ηλεκτρονική μετακίνηση. Χρησιμοποιούν έναν ελεγκτή για να αλλάξουν την κατεύθυνση του ρεύματος αντί να χρησιμοποιούν βούρτσες. Επειδή οι κινητήρες BLDC αφαιρούν τις βούρτσες και τα μόνα μέρη που φθείρονται είναι τα ρουλεμάν, έχουν καλύτερη απόδοση, χαμηλότερο ηλεκτρικό θόρυβο και υψηλότερη αξιοπιστία. Σε σύγκριση, οι κινητήρες DC χωρίς ψύξη είναι πιο αποτελεσματικοί, πιο αξιόπιστοι και έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής από τους κινητήρες βουρτσισμένου, αλλά οι κινητήρες DC χωρίς ψύξη απαιτούν ένα σύστημα ελέγχου υλικού/λογισμικού για σωστή ταχύτητα και ρύθμιση ροπής και μπορεί να είναι υψηλότερες σε κόστος από τους κινητήρες βουρτσίσματος .
2, σερβοκινητήρας
Οι σερβοκινητήρες αποτελούνται από κινητήρα DC, κιβώτιο ταχυτήτων, ποτενσιόμετρο και κυκλώματα ελέγχου και είναι γνωστά για την ακρίβειά τους. Η θέση ενός σερβοκινητήρα μπορεί να ελεγχθεί με ακρίβεια χρησιμοποιώντας σήματα διαμόρφωσης πλάτους παλμού (PWM), καθιστώντας την ιδιαίτερα κατάλληλη για εφαρμογές που απαιτούν ακριβή έλεγχο κίνησης.
3, βήμα κινητήρα
Οι κινητήρες Stepper λειτουργούν διαφορετικά από τους κινητήρες DC και τους σερβοκινητήρες, καθώς παρέχουν εξαιρετικό έλεγχο της θέσης και της ταχύτητας με υψηλή ακρίβεια κίνησης. Οι Stepper Motors χρησιμοποιούν ένα ψηφιακό σχήμα ελέγχου που παρέχει υψηλή ροπή σε χαμηλές ταχύτητες, καθιστώντας τα ιδανικά για εφαρμογές που απαιτούν το φορτίο που πρέπει να κρατηθεί σε συγκεκριμένη θέση για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Είμαι βέβαιος ότι έχετε παρατηρήσει ότι σπάνια βλέπετε κινητήρες AC που χρησιμοποιούνται στη ρομποτική. Υπάρχουν αρκετοί κύριοι λόγοι για αυτό το φαινόμενο:
Πρώτα,Ο έλεγχος είναι περίπλοκος. Οι κινητήρες DC είναι σχετικά απλοί στον έλεγχο. Παρέχουν ένα σταθερό και σταθερό ρεύμα, καθιστώντας εύκολη τη διαχείριση της ταχύτητας, της ροπής και της κατεύθυνσης. Οι κινητήρες σερβοκίνοι και οι βηματικοί κινητήρες είναι επίσης ουσιαστικά συσκευές DC που παρέχουν ανώτερο έλεγχο της θέσης, της ταχύτητας και της επιτάχυνσης. Οι κινητήρες AC, από την άλλη πλευρά, πρέπει να βασίζονται στη συχνότητα της τροφοδοσίας εναλλασσόμενου ρεύματος για τον έλεγχο των παραμέτρων του κινητήρα, γεγονός που τους καθιστά πολύπλοκες να διαχειριστούν από την άποψη της ταχύτητας και της ροπής.
Δεύτερος,Η τροφοδοσία είναι αναποτελεσματική. Τα περισσότερα ρομποτικά συστήματα χρησιμοποιούν τις μπαταρίες ως την κύρια πηγή ενέργειας, παρέχοντας ισχύ DC. Τα πρόσθετα εξαρτήματα είναι απαραίτητα για τη μετατροπή του DC σε AC, γεγονός που αυξάνει την πολυπλοκότητα του συστήματος ελέγχου κινητήρα αφενός και μειώνει την απόδοση ισχύος από την άλλη.
Τρίτος,Δεν υπάρχει πλεονέκτημα σε μέγεθος και βάρος. Οι κινητήρες DC, ειδικά κινητήρες DC χωρίς ψήκτρες, μπορούν να παρέχουν αναλογία υψηλής ροπής προς βάρος, καθιστώντας τους πιο κατάλληλους για εφαρμογές κινητών ρομπότ. Η ελαχιστοποίηση του βάρους είναι μια κρίσιμη σκέψη στις εφαρμογές κινητής ρομποτικής. Οι κινητήρες AC, ειδικά οι κινητήρες επαγωγής, τείνουν να είναι βαρύτεροι για την ίδια ισχύ εξόδου.
Παρά τις αδυναμίες αυτές, οι κινητήρες AC χρησιμοποιούνται μερικές φορές σε ορισμένα βιομηχανικά ρομπότ για συγκεκριμένες εργασίες που απαιτούν υψηλή ισχύ και ταχύτητα παρά υψηλή ακρίβεια. Για παράδειγμα, οι κινητήρες επαγωγής AC μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την οδήγηση των μεταφορικών ιμάντων σε αυτοματοποιημένες γραμμές παραγωγής εργοστασίων.
Το μέλλον των κινητικών κινήσεων ρομπότ
Τα ηλεκτρονικά μηχανικά απομακρύνονται από τα ντουλάπια ελέγχου και ενσωματώνονται απευθείας σε αρθρώσεις ρομπότ, μειώνοντας δραματικά το βάρος του ρομπότ, την πολυπλοκότητα των καλωδίων και το σύστημα του συστήματος Αυτή η τάση οδηγεί τους κατασκευαστές εξαρτημάτων να αναπτύξουν λύσεις που επιτρέπουν περισσότερη λειτουργική ολοκλήρωση σε μικρότερα πακέτα IC. Ταυτόχρονα, οι περιορισμοί του χώρου απαιτούν επίσης υψηλότερη πυκνότητα ισχύος και απόδοση ισχύος για κινητικές μονάδες και ελέγχους. Το GAN FETS με ενσωματωμένους οδηγούς πύλης μπορεί να αυξήσει την απόδοση ισχύος σε περισσότερο από 99% για τις λύσεις κίνησης και ελέγχου κινητήρα σε ρομπότ επόμενης γενιάς.
Το LMG3422R050 του Texas Instruments είναι 600V GAN FET με ολοκληρωμένο οδηγό και προστασία. Η συσκευή ενσωματώνει ένα πρόγραμμα οδήγησης πυριτίου και σε σύγκριση με τις παραδοσιακές προσεγγίσεις κοινής πηγής, κοινής πύλης, αυτή η αρχιτεκτονική παρέχει ανώτερη απόδοση μεταγωγής με ταχύτητες μεταγωγής έως και 150V/NS. Επιπλέον, αυτός ο ενσωματωμένος οδηγός προστατεύει τη συσκευή GAN από υπερβολική διέγερση, βραχυκύκλωμα, υποτιμητική και υπερθέρμανση.
Οι εφαρμογές ρομποτικής έχουν επεκταθεί από την κατασκευή σε βιομηχανίες όπως οι καταναλωτές, τα ιατρικά και ακόμη και τα αυτοκίνητα αυτο-οδήγησης και στη συνέχεια θα δούμε περισσότερες ευκαιρίες για ρομποτική και τον έλεγχο των κινητήρων σε νέους και καινοτόμους ερευνητές εφαρμογών στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ εφευρέθηκαν πρόσφατα ένας τρόπος για να ενισχύσουν την απόδοση των ηλεκτρικών κινητήρων χρησιμοποιώντας έναν νέο τύπο ενεργοποιητή που τους επιτρέπει να εκτελούν δυναμικές κινήσεις πιο αποτελεσματικά. Με πιο αποτελεσματικούς κινητήρες, τα ρομπότ θα μπορούν να ταξιδεύουν μακρύτερα και να ολοκληρώσουν περισσότερα καθήκοντα και ένα ρομπότ μπορεί ακόμη και να είναι σε θέση να τρέχει όλη την ημέρα, και όχι μόνο για μια ώρα ή δύο πριν χρειαστεί να επαναφορτιστεί, ανοίγοντας ακόμη περισσότερα σενάρια εφαρμογών Για το μέλλον της ρομποτικής!
Σύμφωνα με την πρόβλεψη και την ανάλυση της Allied Market Research, το μέγεθος της παγκόσμιας αγοράς ρομποτικής εκτιμήθηκε σε 62,75 δισεκατομμύρια δολάρια το 2019 και αναμένεται να φτάσει τα 189,36 δισεκατομμύρια δολάρια μέχρι το 2027, αυξάνοντας σε CAGR 13,5% από το 2020 έως το 2027
Στη βιομηχανία υγειονομικής περίθαλψης, προκειμένου να λειτουργούν σωστά τα χειρουργικά ρομπότ, πρέπει να χρησιμοποιούν προηγμένες λύσεις κίνησης και ελέγχου κινητήρα που επιτρέπουν τις κινήσεις ακρίβειας προκειμένου να εκτελούν πολύπλοκες και ακριβείς χειρουργικές επεμβάσεις εκτός από το BLDC, τους σερβοκινητήρες και τους βηματικούς κινητήρες θα είναι όλο και περισσότερο Χρησιμοποιείται σε βιομηχανικά ρομπότ επόμενης γενιάς λόγω του ακριβούς ελέγχου τους, της εξόδου υψηλής ροπής και του χρόνου γρήγορης απόκρισης.
Μόλις ξεχωριστές περιοχές και αγορές εφαρμογών, η ρομποτική, οι κινητικές μονάδες και οι έλεγχοι είναι πλέον όλο και πιο αλληλένδετοι στο ίδιο σύστημα αρθρωτά και κλιμακούμενα κινητικά λύσεις καθίστανται όλο και πιο δημοφιλείς στη βιομηχανική αγορά μηχανοκίνητων ρομποτικών και προσφέρουν ευέλικτες επιλογές προσαρμογής για να ικανοποιήσουν διαφορετικές απαιτήσεις εφαρμογής Modular Motor Οι πλατφόρμες μπορούν εύκολα να ενσωματωθούν σε διαφορετικά ρομποτικά συστήματα και να κλιμακωθούν ανάλογα με τις ανάγκες, παρέχοντας σημαντικά οφέλη κόστους για την ανάπτυξη ρομπότ επόμενης γενιάς!
Η ζήτηση για την αγορά των κινητήρων ρομπότ αυξάνεται σημαντικά, οδηγείται από τη βιομηχανική αυτοματοποίηση και την ταχεία υιοθεσία σε όλες τις βιομηχανίες. Σύμφωνα με την έρευνα της βιομηχανίας, η Global Robot Motors Market εκτιμήθηκε σε 12,27 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ το 2022 και αναμένεται να αυξηθεί σε CAGR 22,44% κατά την περίοδο από το 2023 έως το 2028, για να φτάσει τα 41,36 δισεκατομμύρια δολάρια μέχρι το 2028 που οδηγείται από τη συνεχή αναζήτηση της βιομηχανίας Για υψηλή απόδοση, παραγωγικότητα και ασφάλεια, η νέα γενιά ρομπότ εξοπλισμένων με προχωρημένο κινητήρα
Οι εφαρμογές θα αναπτυχθούν για περαιτέρω επέκταση των περιοχών εφαρμογής των ρομπότ, εκτός από την επιλογή ενός κινητήρα που βελτιστοποιεί τις επιδόσεις ρομπότ και την αποτελεσματικότητα, οι ευέλικτες, αποτελεσματικές και οικονομικά αποδοτικές λύσεις κινητήρα και οι λύσεις ελέγχου διαδραματίζουν επίσης βασικό ρόλο.